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APLICACIONES DE FILTRACION
Q.B.P. Diego Zavala ([email protected])Especialista de aplicaciones | Tecnologías de Filtración
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AGENDA• Diseño y optimización de
sistemas de filtración• Ejemplos de aplicaciones
de filtración
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¿Cómo escoger el filtro adecuado?
No existe un mejor filtro para todas aplicacionespero…
Si existe un mejor filtro para cada aplicación
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Información requerida para seleccionar un filtro.
1. Explicación del objetivo de la aplicación. (Por ejemplo: nivel de claridad, reducción microbiana, esterilidad, etc.).
2. Fluído. (Composición química, viscosidad, densidad,...etc.)
3. Condiciones de operación.• Continuo o por lotes.• Flujos (Normal, máximo).• Temperaturas (Normal, máxima).• Presiones (Normal, máxima).• Presión sotenida/Flujo constante• Máxima Diferencial de presión permitida.
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Información requerida para proponer un filtro.
4. Tipo y tamaño de conexiones.
5. Portafiltro de acero o cápsula desechable.
6. Material de empaques
7. Otros requerimientos (chaqueta, intercambiador de calor, etc..)
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¿Cómo Escoger?
Cada aplicación debe ser evaluada basada en la relativa importancia de tres criterios de desempeño
Criterios de Desempeño a Considerar
FlujoCapacidad Total (Throughput)
Rendimiento
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
• Flujo:
- El volumen de filtrado que pasará a través delfiltro en un tiempo dado a una presión dada.
- ¿Cuántos filtros para conseguirlo en el tiemporequerido?
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
Factores que tiene efecto en el flujo:
Eligiendo un Filtro de Membrana
• Área de Filtración (m2, ft2)• Porosidad del filtro• Material del filtro• Grado de retención (µm)• Presión disponible
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Criterios de Desempeño a ConsiderarComparación del Flujo a ΔP constante
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
¿Cuándo el flujo es importante?:- Procesos sensibles al tiempo
- Capacidad- Degradación de Producto- Elevada biocarga
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
• Capacidad Total (Throughput):
- El volumen de filtrado que puede pasar através del filtro antes que se sature.
- ¿Cuántos filtros para procesar el Lote?
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
Factores que tiene efecto en la capacidad total:
• Área de Filtración• Porosidad del filtro• Material del filtro• Grado de retención del filtro
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a ConsiderarComparación de la Capacidad Total
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
¿Cuando la capacidad total es importante?:- Productos con gran espectro de
contaminantes- Productos de bajo valor
- Costos del filtro tienen alto impacto en loscostos del producto
- Expansión de procesos con infraestructuraexistente
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
• Rendimiento:
- El porcentaje del producto de interés que pasaa través del filtro.
- ¿Qué Membrana? ¿Qué Filtro?
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
Mecanismos de Pérdida de Rendimiento:
• Adsorción no Específica• Exclusión por Tamaño• Volumen de Retención
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
Mecanismos de Pérdida de Rendimiento:• Adsorción no Específica
- Propiedades del material de la membrana- Materiales que componen el filtro- Área de filtración- El pH puede tener un efecto- No se afecta generalmente por:
- Flujo- Presión Diferencial- Tamaño de Poro
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a ConsiderarComparación de la Adsorción no Específica
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
Mecanismos de Pérdida de Rendimiento:• Volumen de Retención
- Geometría / Tamaño relativo del dispositivo defiltración
- Consideraciones de tubería
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
¿Cuando el rendimiento es importante?:
- Procesos de alto valor- Los costos del filtro tienen un bajo impacto en
el costo total del producto
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Criterios de Desempeño a Considerar
Evaluar la relativa importancia de los Criterios deDesempeño:
• Flujo• Capacidad Total (Throughput)• Rendimiento
Eligiendo un Filtro de Membrana
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Como usar la información.
1. Determinar tipo de elemento filtrante.• Establecer nivel o grado de filtración.
(Micraje, eficiencia, y capacidad)Cantidad de sólidos, flujo y objetivo.En base a experiencia o pruebas de laboratorio, a nivel piloto o escala de producción.
• Establecer tipo de membrana filtrante en base a compatibilidad ,en base a experiencia o a pruebas.Temperatura, fluido (pH, densidad, viscosidad,...)
• Establecer tipo de sello y configuración.
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Como usar la información.
2. Determinar el Flux apropiado. (LMH, Lpm/ft2, etc)• Establecer dimensionamiento en base a flujo o a vida del sistema en base a experiencia o a pruebas.
3. Seleccionar o diseñar el portafiltro apropiado.
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Tipos de Contaminantes.
• Bacterias, Hongos, Levaduras.• Parásitos y sus huevos.• Fibras.• Minerales, óxido, incrustaciones.• Productos secundarios.• Precipitados.• Geles.
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Naturaleza del Fluido.
• Compatibilidad. Materiales filtrantes: Celulosa, fibra de vidrio, polipoprileno, polietersulfona, nylon, metálicos.
• Desechos peligroso. Configuración plegada, compactable.
• Valor del fluído Bajo volumen de retención.
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Efecto del incremento de flujo
Volumen total filtrado
Consideraciones para determinar el sistema de filtración apropiado
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Beneficio de una mayor área de superficieEfecto del taponamiento de poros
Consideraciones para determinar el sistema de filtración apropiado
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Efecto del área en la vida del filtro
Esta gráfica representa la relación exponencial entre el volumen del líquido filtrado y el área de filtraciónbajo condiciones de flujo y permeabilidad del medio filtrante constante. El exponente de la relación se ha determinado empíricamente que es de 1.5 a 2. Por lo tanto el doble de área filtrante deberá extender la vida en servicio de 2.8 a 4 veces.
Consideraciones para determinar el sistema de filtración apropiado
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Efecto del aumento de la viscosidad
Consideraciones para determinar el sistema de filtración apropiado
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Cuál es el filtro adecuado?INCREASE®
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- Materiales filtrantes- Combinación de prefiltro/filtro final- Configuraciones de los filtros- Desempeño en la retención (retención de partículas/bacterias)- Flujo requerido/Máxima presión diferencial- Compatibilidad química y física del producto/agente de limpieza - Adsorción (concentración de activos)
Selección del filtro:¿Cuál filtro será adecuado para el producto y el proceso y que satisfaga las necesidades del cliente?
INCREASE®
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: Flujo requerido mínimoó: máxima presión diferencial permitida
: Máximo volumen filtrado
: (máximo número de ciclos de esterilización)
Parámetros para la selección de filtros
INCREASE®
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Puntos a considerar para evaluar un equipo de filtración.
• Tipo de Medio Filtrante ofrecido. Eficienciaconstante durante la vida de servicio sinmigración de medio.
• Como se determina la eficiencia de remocióncotizada. El grado de filtración debe de serconsistente con la aplicación.
• Cual es el flux propuesto. Altos Flux significanvida corta, mayor cambio de filtros.
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Puntos a considerar para evaluar un equipo de filtración.
• Cual es el código de sellado. El tipo de sello debe ser congruente con el nivel de filtración (DOE, sanitario, etc).
• Cual es el tamaño y tipo de portafiltro. El espacio y volumen de retención pueden incrementar los costos.
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¿Por qué la optimización del sistema de filtración?
• Los pasos de filtración en la producciónexistente pueden haber sido establecidos hacemucho tiempo
• Los nuevos materiales filtrantes y susprincipios de construcción permiten un incremento significativo en su desempeño
• Dependiendo de la aplicación se logran los siguientes beneficios durante la optimzaciónde procesos: Reducción de costos Incremento en el rendimiento de producto Mejora en la seguridad del proceso Incremento en el cumplimiento regulatorio Manejo optimizado del filtro
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Objetivos de la optimización delsistema de filtración
• Identificación del filtro final óptimo o combinación de prefiltro/filtro final para una aplicación determinada
• Los objetivos típicos para la optimización de sistemasde filtración son por ejemplo: Muchas etapas de filtración Saturación prematura Incremento del tamaño de lote Cambios en la formulación Cambio de materias primas Cambio en el requerimiento de la calidad del
filtrado
• La optimización del sistema de filtración tendrá un impacto directo en la reducción de costos al mejorarlos procesos.
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¿Como se lleva a cabo la optimización de un sistema de filtración?
• Identificación de las aplicacionesrelevantes/etapas del proceso
• Análisis de los parámetros de proceso(POP-Sheet)
• Elaboración del protocolo de pruebas(opcional)
• Evaluaciones de filtración llevadas a cabopor el Especialista de Aplicaciones usandodiscos filtrantes
• Elaboración de un reporte de pruebas con recomendaciones específicas para la optimización del escalamiento
• Evaluaciones de confirmación con elementos plegados para escalamiento
• Soporte durante la implementación y validación (si se requiere)
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OPTIMIZACIÓN (Pruebas de Filtración)
ZERO-T
DISCOS 47 mm CÁPSULAS CARTUCHOS
INCREASE®
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Estrategia de optimización
Comparación con materiales de la competencia
Herramienta ideal para la selección de materiales
Determinación de la mejor combinación del material
del prefiltro y del filtro final
Pruebas de escalamiento
Pruebas para evaluar el desempeño del flujo y vida del filtro
Membranas de
47 mm
SartoScale
Cápsulas de 150 cm²
INCREASE®
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Aplicaciones típicas para la optimización de losprocesos de filtración
Vino
Cerveza
Bebidas espirituosas
Jarabes
Sistemas de agua
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Optimización de los procesos de filtración
Eliminación de filtros innecesarios
Reducción del área de superficie
Reducción del tamaño
Uso de prefiltración
Ajuste de las condiciones de proceso
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Diseño general de un sistema
Prefiltros primariosno estériles
Filtros finales
Prefiltros secundarios
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Optimización mediante la eliminación de filtrosinnecesarios
OPTIMIZADO
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Optimización mediante la reducción del área de superficie
OPTIMIZADO
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Optimización mediante la reducción del tamaño
OPTIMIZADO
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Optimización mediante el uso de prefiltración
OPTIMIZADO
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Optimización mediante el ajuste de las condiciones de proceso
Aumento de la temperatura (reducción de la viscosidad)
Disminución de la temperatura (reducción de la polarización de
geles)
Ajuste de la presión (incremento del volumen filtrado)
Disminución del flujo (incremento del volumen filtrado)
Llenado desde un recipiente de colección (reducción de la demanda
sobre los filtros)
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Sistema de filtración ideal
Volumendel Lote
Volumen
D P
D PLímite
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¿Qué filtro podemos eliminar ?
I II IIIA la ATM
Tiempo
010203040
PI
5781011
PI-PII(psid)
24567
PII
33344
PII-PIII(psid)
22222
PIII
11122
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¿Qué filtro se está tapando muy rápido?
I II IIIA la ATM
Tiempo
010203040
PI
510152025
PI-PII(psid)
33445
PII
27111620
PII-PIII(psid)
16101519
PIII
11111
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Sistema de filtración con un prefiltro inadecuado(muy abierto)
Volumendel LoteVolumen
D P
D PLímite
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Sistema de filtración con un prefiltro de remoción adecuada pero con una capacidad de retención de contaminantes inadecuada (insuficiente
área de filtración)
Volumendel LoteVolumen
D P
D PLímite
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Sistema de filtración con un área de prefiltraciónmayor
Volumendel LoteVolumen
D P
D PLímite
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¿Este sistema de filtración está correctamentedimensionado?
I II IIIA la ATM
Tiempo
010203040
PI
510141923
PI-PII(psid)
24578
PII
3691215
PII-PIII(psid)
246810
PIII
12345
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AGENDA• Diseño y optimización de
sistemas de filtración• Ejemplos de aplicaciones
de filtración
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Page 18
Sartocell, Sartopure PP2 y Vinosart PS, para filtración de vino Rosado
Vino Rosado fabricado en Bodega
Producción de 3,000L/mes
Turbiedad en producto envasado
Presencia de gas al abrir las botellas con turbiedad
Se le solicitó a Sartorius implementar un sistema de filtración.
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Aplicaciones en vino
Mosto / Filtracíon del jugo de uva
Clarificación
Estabilización
tartárica
Remoción
tartárica
Last Cellar
Filtration
Filtración
estéril y
llenado
Sangrado
Fermentación maloláctica
Agua, vapor
Aire, CO2
Servicio
de
audiotoria
QC Microbiológico
Pba. de filtración
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Page 23
Pruebas de filtrabilidad con el equipo Zero -T
Mediante la evaluación de prefiltros se identificó a Sartocell como un prefiltro ideal para clarificación
Se identificó al Sartopure PP2 como el óptimopara prefiltración fina
Se determinó Vinosart PS para la eliminación de:
Levaduras
Beneficios: El producto es vendido, la producción se incrmento a 30,000L/mes.
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Gracias!...........Preguntas?